De G.P. ThomasMai 6 2013

Transparența este o proprietate fizică pe care o observăm în fiecare zi, deși poate că nu este una la care ne gândim foarte mult. Cunoscută și sub numele de diafanitate sau peluitate, transparența materialelor permite luminii să treacă prin ele fără a fi afectată, făcându-le astfel transparente.

Materialele transparente din punct de vedere optic sunt esențiale în multe aplicații științifice și de producție și se lucrează în permanență la noi modalități de utilizare a acestora, unele dintre ele fiind evidențiate mai târziu în articol.

Dar ce face ca un material să fie transparent? Totul are legătură cu modul în care sunt aranjați atomii și, prin urmare, electronii dintr-un material. Dacă un foton (o particulă de lumină) care călătorește printr-un solid întâlnește un electron cu un decalaj energetic de energie egală, el va fi absorbit de acel electron, deoarece „sare” la un nivel energetic superior. Acest lucru înseamnă că foarte puțină lumină poate călători prin material fără a fi absorbită, ceea ce face ca materialul să fie opac. Cu toate acestea, în cazul materialelor transparente, diferența de energie este mai mare, astfel încât fotonii nu pot excita electronii la un nivel energetic superior. Acest lucru permite fotonilor să treacă prin material fără a fi afectați, ceea ce face ca materialul să fie transparent. Deci, în esență, interacțiunea dintre lumină și un material se bazează pe lungimea de undă a luminii și pe natura materialului.

Această teorie este explicată în detaliu mai animat de profesorul Phil Moriarty pentru Universitatea din Nottingham.

Materiale transparente importante

Există multe materiale naturale și sintetice care sunt transparente, dar cele enumerate mai jos au unele dintre cele mai benefice aplicații în știința materialelor:

• Glass
• Oxinitrură de aluminiu
• Diamant
• Sapfir
• Ceramică transparentă
• Filme conductoare transparente

Aplicații ale materialelor transparente

Materialele enumerate mai sus au o gamă largă de aplicații, de la cele banale la cele magice.

Veghea plată este cel mai ușor de recunoscut material transparent, dar este folosită la mult mai mult decât la ferestre. Panourile solare, microscoapele, serele și protecția împotriva radiațiilor sunt doar câteva dintre aplicațiile ulterioare ale sticlei plane.

Oxinitrură de aluminiu este utilizată într-o serie de aplicații în infraroșu și în domeniul apărării, cum ar fi cupole IR specializate, blindate transparente, ferestre pentru comunicații laser și, de asemenea, în anumite aplicații legate de semiconductori.

Proprietățile optice ale diamantului asigură faptul că acesta își găsește aplicații în cercetarea în infraroșu cu microunde și cu raze X, precum și că este important în ferestrele de ieșire a laserilor de mare putere.

Glasa de safir își găsește aplicații în ceasuri de cristal, camere de înaltă presiune pentru spectroscopie și, de asemenea, scanere de coduri de bare (deoarece duritatea și duritatea ridicată a materialului îl fac rezistent la zgârieturi).

Ceramica transparentă poate fi utilizată în geamuri transparente pentru blindate, lasere de înaltă energie, conuri de nas pentru rachete care caută căldură, fizică de înaltă energie, detectoare de radiații pentru teste nedistructive, aplicații de securitate și imagistică medicală și explorare spațială.

Materialele care sunt transparente la radiațiile infraroșii sunt adesea utilizate în aplicații aerospațiale de înaltă performanță.

Filmele conductoare transparente pot fi utilizate ca electrozi pe dispozitive fotovoltaice și LED-uri. Conductivitatea lor este mai mică decât cea a oxizilor conductori transparenți, dar au o absorbție scăzută a spectrului vizibil, ceea ce le permite să se comporte ca un conductor transparent.

Visul fotocromic își găsește aplicații în vehicule, avioane, aparate electrocasnice și în populare ochelari de schi și ochelari de soare.

Materialele care sunt transparente la radiațiile infraroșii sunt adesea utilizate în aplicații aerospațiale de înaltă performanță.

Inovări în domeniul materialelor transparente

Multe tipuri de sticlă au fost introduse în industria construcțiilor. Geamul termocromic răspunde la căldură, iar geamul fotocromic răspunde la lumină. Prin transmiterea energiei bateriei sau a electricității, transparența pereților despărțitori din sticlă sau a placării se modifică de la perfect transparentă la complet opacă. Acest lucru se poate realiza prin transmiterea de sarcini electrice de joasă tensiune prin intermediul unui strat foarte subțire de pe suprafața sticlei, care poate fi activat de senzori care răspund la intensitatea luminii sau manual cu un comutator. Prin urmare, cantitatea de transmisie solară poate fi controlată, permițând reducerea încălzirii sau răcirii și optimizarea iluminatului artificial.

Un proiect actual care utilizează transparența care controlează lumina în încercarea de a maximiza eficiența energetică a clădirii este casa experimentală a lui Werner Sobek din Germania.

Werner Sobek a încercat să creeze o clădire care să se adapteze la diferite niveluri de transmisie a luminii, ventilație și absorbție și a propus să încorporeze celule monofuncționale în sticlă pentru a schimba chimia acestora astfel încât să fie nevoie de un minim de energie pentru a alimenta clădirea.

Plasticul transparent este, de asemenea, extrem de important în proiectul Eden, Marea Britanie. Cea mai mare biosferă vegetală din lume, The Eden Project folosește ca învelitoare pernele pneumatice din plastic avansat etil tetrafluoroetilenă sau ETFE. Această folie de plastic nu este doar mai transparentă decât sticla, ci aceste perne gonflabile cu trei straturi sunt mult mai ușoare în comparație cu placarea din sticlă. În plus, ETFE nu se deteriorează în condiții de mediu poluat și este ecologic.

• Diamant CVD sintetic -Element Six
• Materiale transparente – GKN
• Material Innovations – Ryerson University

Scris de

G.P. Thomas

Gary a absolvit Universitatea din Manchester cu o diplomă de primă clasă în geochimie și un master în științele pământului. După ce a lucrat în industria minieră australiană, Gary a decis să agațe ghetele de geologie în cui și să se apuce de scris. Când nu elaborează conținut de actualitate și informativ, Gary poate fi găsit, de obicei, cântând la chitara sa iubită sau urmărind Aston Villa FC smulgând înfrângerea din ghearele victoriei.

Citate

.